تعريف النظرية النسبية الخاصة
تُعتبر نظرية النسبية الخاصة (بالإنجليزية: Special Relativity) التي أطلقها العالم الألماني ألبرت أينشتاين في عام 1905، حجر الزاوية في الفيزياء الحديثة، جنبًا إلى جنب مع ميكانيكا الكم. تُعَد هذه النظرية حالة خاصة ضمن النظرية النسبية العامة، حيث تنطبق فقط على الأجسام التي تتحرك بسرعات ثابتة في أُطر مرجعية قصورية. وقد ساهمت النسبية الخاصة في تفسير سلوك الجسيمات عندما تقترب سرعتها من سرعة الضوء، إذ تقرر أن هناك حدًا يمكن الاقتراب منه، ولكن لا يمكن لأي جسم مادي أن يصل إليه. هذه النظرية قدمت رؤى جديدة حول نتائج التجارب التي أُجريت على الجسيمات دون الذرية بسرعات عالية، كما أنها فسرت الظواهر الناتجة عن اختلاف سرعات الساعات التي تسير بسرعات مختلفة.
فرضيات النظرية النسبية الخاصة
تشتمل النظرية النسبية الخاصة على فرضيتين أساسيتين:
- مبدأ النسبية: تنص الفرضية الأولى على أن جميع قوانين الفيزياء تظل ثابتة في جميع الأطر المرجعية القصورية.
- ثبات سرعة الضوء: تشير الفرضية الثانية إلى أن سرعة الضوء تظل ثابتة في الفراغ في جميع الأطر المرجعية القصورية، بغض النظر عن حركة مصدر الضوء أو المراقب، وتبلغ قيمتها 3 × 108 م/ث.
معادلة النظرية النسبية الخاصة
تُعَد معادلة النظرية النسبية الخاصة واحدة من أشهر المعادلات التي توضح العلاقة بين الطاقة (E) والكتلة (m) وسرعة الضوء (C). المعادلة هي كما يلي:
E = mc2; مما يعني أن الطاقة تساوي الكتلة مضروبة في مربع سرعة الضوء.
تُظهر هذه المعادلة أنه مع زيادة السرعة، تزداد الكتلة، وحيث أن سرعة الضوء هي أسرع سرعة في الكون، فهذا يعني أن هناك حدًا للسرعة التي يمكن أن تتحرك بها الأجسام. عندما يتحرك جسم ما بسرعة قريبة من سرعة الضوء، فإن كتلته تزداد بشكل كبير حتى تقترب من اللانهاية. وفقًا لهذه المعادلة، يعني ذلك أن الجسم سيحتاج إلى طاقة لانهائية لتحريكه، مما يضع حدًا لسرعة الأجسام.
نتائج النظرية النسبية الخاصة
تظهر النظرية النسبية الخاصة عدة نتائج هامة عند تطبيق سرعات قريبة من سرعة الضوء، ومن بينها:
- تمدد الزمن.
- انكماش الأطوال.
- تحويل السرعة.
- جمع السرعات بشكل نسبي.
- تأثير دوبلر النسبي.
- تزامن الساعات ومزامنتها.
- الزخم النسبي.
- الطاقة الحركية النسبية.
- الكتلة النسبية.
- إجمالي الطاقة النسبية.